O processamento térmico contínuo usando trocadores de calor é uma forma muito comum de industrialização de alimentos líquidos. Atrelada à inativação de micro-organismos e enzimas pela alta temperatura, está a perda de qualidade do produto; portanto, o estudo e avaliação deste tipo de processo é fundamental para garantir a inocuidade e a melhora da qualidade do produto. Neste trabalho foi desenvolvida a modelagem matemática de um processo térmico contínuo em trocadores bitubulares para determinação da distribuição da temperatura média do produto e da letalidade sobre um atributo de segurança ou qualidade. No modelo, foram considerados os trocadores de aquecimento e de resfriamento, bem como o tubo de retenção. Admitiu-se regime permanente, escoamento pistonado e leva-se em conta a troca de energia com o ambiente. Para a aplicação do modelo, foi adotado um sistema em escala de laboratório com vazão de processamento entre 10 e 50 L/h, trocadores com quatro módulos de troca térmica e área total de 0,13 m² e sistema de indicação e aquisição de dados de temperatura. Como fluidos de trabalho foram usados: mistura de glicerina/água 80 % (Newtoniano) e solução 1 % de carboxi-metil-celulose (CMC, não-Newtoniano). Fluidos e utilidade foram água quente pressurizada e água gelada. Os parâmetros de troca térmica do modelo foram ajustados com sucesso através de ensaios experimentais. Foram ajustados: 1) coeficientes de convecção natural do ar sobre as seções de aquecimento e de resfriamento; 2) parâmetros da correlação de Nusselt x Reynolds para o coeficiente de convecção dos fluidos de trabalho; 3) coeficiente global de troca térmica com o ambiente no tubo de retenção. A validação do modelo ajustado foi realizada através da comparação das distribuições de temperatura experimental com a predição do modelo. A letalidade, levando em conta o tempo espacial no percurso do produto foi calculada e avaliada, indicando importante contribuição da seção de aquecimento e forte influência da elevação de temperatura na entrada do tubo de retenção para compensar as perdas para o ambiente. O modelo proposto mostra-se útil para a avaliação de processos térmicos em sistemas tubulares. / The continuous thermal processing using heat exchangers is a very usual form of industrialization of liquid foods. Linked to the inactivation of microorganisms and enzymes by high temperature is the loss of product quality; thus, the study and evaluation of this type of process is critical to ensure the safety and improve product quality. In this work, it was developed a mathematical model of a continuous process with tubular heat exchangers to determine the distribution of the average temperature of the product and the lethality considering a safety or quality attribute. In the model, are considered the exchangers for heating and cooling and the holding tube. It was assumed steady state plug-flow and it was taken into account the energy exchange with the ambient air. For the application of the model, it was adopted a laboratory system with processing flow rate between 10 and 50 L/h, exchangers with four heat transfer modules and total area of 0.13 m² and a temperature indication and acquisition system. The working fluids used were: a mixture of glycerol/water 80 % (Newtonian) and a 1 % solution of carboxymethylcellulose (CMC, non-Newtonian). Utility fluids were pressurized hot water and cold water. The heat transfer parameters of the model were adjusted successfully using the experimental data. Were adjusted: 1) the coefficients of natural convection of the air over the heating and cooling sections; 2) the parameters of the Nusselt x Reynolds correlation for the convective coefficient of the working fluid; 3) the overall heat exchange coefficient between the product and the ambient air in the holding tube. The validation of the fitted model was performed by comparing the experimental temperature distributions with the prediction from the model. Lethality, taking into account the space-time in the path of the product was calculated and evaluated, indicating a significant contribution of the heating section and a strong influence on the temperature rise in the entrance of the holding tube to compensate for losses to the surroundings. The model proves useful for the evaluation of thermal processes in tubular systems.

Em sistemas frigoríficos de compressão a vapor, o evaporador é o equipamento responsável direto pela retirada de calor de ambientes refrigerados. Por esta razão, este componente é a fonte de investigação do presente estudo, o qual teve por objetivo principal a busca por alternativas para a melhoria de desempenho térmico em sistema frigoríficos. Isto posto, o trabalho foi desenvolvido em três frentes de estudo, as quais encontram-se interligadas entre si: desenvolvimento de programa de simulação de serpentinas resfriadoras; realização de ensaios para determinação das capacidades de trocadores de calor; e revisão bibliográfica circunstanciada do coeficiente de transferência de calor do lado do ar. O programa de simulação desenvolvido, o qual tomou como base o modelo proposto por Rich, mostrou-se ser uma ótima ferramenta de trabalho, tanto no meio acadêmico como no industrial. Como conseqüência da elaboração do programa, fez-se uso de correlações já existentes para determinação dos coeficientes de transferência de calor do lado do refrigerante, Bo Pierre, e do lado do ar, McQuiston, sendo esta última escolhida a partir de um sumário de correlações levantadas quando no estudo dos coeficientes de transferência de calor descritos acima. Para que o programa fosse validado como ferramenta de trabalho, foram realizadas simulações dos ensaios das serpentinas testadas e seus resultados confrontados. Tais resultados apresentam uma adequada concordância,possibilitando validar o programa. Os ensaios foram realizados segundo recomendações da norma ASHRAE 25/1992. Dos dados obtidos nos testes, também foi proposto uma correlação para o fator j-Colburn para superfícies secas; no entanto, tratou-se apenas de especular acerca de seu comportamento com as demais correlações, as quais obtiveram boa concordância. / In refrigerating systems of compression to vapour, the evaporator is the direct responsible equipment for remove of heat of cooling environments. In this way, the component is the source of investigation of the present study, which had for main objective the search for alternatives to improvement the performance thermal in refrigeration systems. The research was developed in three studies fronts, that are connected each other: development of program of simulation of cooling coils; tests to find the performance of heat exchange; and revision bibliographical of the coefficient of heat transfer of air. The developed simulation program, based in the Rich\'s model, it showed to be a good work tool, as in the academic, as in the industrial behaviour. As consequence of the elaboration the program, it was used existents correlations to calculation the coefficients of refrigerant heat transfer, Bo Pierre, and to air, McQuiston, the last one was choose from a correlation\'s summary. Same simulations were made to validated the program of the tested serpentines and the results were confronted. Such results presented an appropriate agreement that contributed to validate the program. The tests were accomplished according to recommendations of the norm ASHRAE 25/1992. One correlation was proposed for the factor j-Colburn for dry surfaces in base of the testes results; however, the purpose was to speculated its behaviour with the other correlations, which obtained good agreement.

O descarte do pseudocaule da bananeira após a retirada do fruto é uma prática constante que tem como objetivo evitar a propagação da Cosmopolites Sordidus (popularmente conhecido como broca), que é um inseto que se prolifera em regiões com abundância deste tipo de cultivo. O Brasil, terceiro maior produtor mundial de bananas, é responsável pelo descarte de milhões de toneladas por ano de pseudocaules. Dentre as várias possibilidades de utilização deste material de descarte, algumas comunidades como a da Região de Itariri, litoral sul de São Paulo, estão aproveitando o pseudocaule para a fabricação artesanal de papeis especiais. No entanto as limitações inerentes às comunidades carentes, a escassez de recursos energéticos e as restrições ambientais são obstáculos às possibilidades de crescimento de suas produções. O conhecimento dos processos utilizados pelas grandes indústrias de papel e celulose, associado ao estudo das condições específicas da fábrica artesanal de Itariri pode fornecer subsídios e alternativas aplicáveis aos processos artesanais. Um estudo dos processos de transferência de calor e massa para os casos aqui propostos fornece uma estimativa para o desempenho da produtividade da fábrica artesanal estudada, mais precisamente o desempenho da secagem, que é o ponto crítico (gargalo) do processo de fabricação artesanal. No processo atual, os fabricantes locais dependem das condições climáticas, principalmente da irradiação solar, para a secagem. Ao final do trabalho é proposto um processo alternativo de secagem do papel empregando os cálculos aqui desenvolvidos, que visa minimizar o consumo energético e a diminuição da dependência das condições climáticas. / The discharging of the banana tree´s pseudostalk after the withdrawal of the fruit is one practical mesure that has as the main objective of preventing the propagation of the Cosmopolites Sordidus (popularly known as broca, wich means drill), wich is an insect that proliferates in regions with abundance of this type of plantation. Brazil, third world-wide producer of bananas, is responsible for the discharging of millions of metric tons per year of pseudostalk. Among several possibilities for using the discharging material, some communities, as the one from Itariri´s area, São Paulo´s southern coast, are using the pseudostalk for special paper sheets. However the inherent limitations of the needy communities, as the local shortage of energy resources and restrictive environment rules are the main hurdles to the possibilities of local paper productions growth. The knowledge of processes used by the pulp and paper industries, associated with the study of specific conditions of the small artisan production of Itariri, can provide subsidies and results in alternatives to the artisan processes. A fundamental study of heat and mass transport for the cases considered here can provide an estimative of the performance of the productivity of the studied case. The work is focused on the papersheets drying process performance, which is the critical stage in the process of artisan manufacture. In the current process, the local manufacturers depend on the climatic conditions for the drying, mainly the solar irradiation. In the end of this work, an alternative process for the paper drying is proposed using the calculation procedure here developed, having the aim at reducing the energy consumption and eliminating the climatic conditions dependence.

A presente pesquisa teve por objetivo o estudo da ebulição convectiva dos novos refrigerantes halogenados no interior de tubos horizontais de cobre. Uma busca na literatura pertinente ao assunto mostrou que a determinação do coeficiente de transferência de calor pode ser determinado por correlações que, aqui, foram classificadas como: 1- Estritamente Convectivas, 2- Superposição de Efeitos e 3- Estritamente Empíricas. Essas correlações mostraram-se inadequadas a generalizações. Uma bancada experimental foi concebida e construída, o que permitiu a obtenção de dados experimentais envolvendo uma ampla faixa de condições operacionais. Efeitos de parâmetros físicos como a velocidade mássica, fluxo de calor, temperatura de saturação e título, foram investigados. Os dados experimentais obtidos foram utilizados no desenvolvimento de uma correlação para o coeficiente de transferência de calor na ebulição convectiva que satisfizesse adequadamente esses dados obtidos para condições operacionais típicas de aplicações frigoríficas. A partir da análise efetuada foi proposto um modelo no qual foram introduzidos os adimensionais que envolvem os principais efeitos relacionados à mudança de fase. O modelo proposto apresentou resultados bastante adequados não apenas na correlação dos resultados experimentais obtidos na presente pesquisa como também em dados encontrados na literatura. / Present research has aimed at the study of convective boiling of recently introduced halocarbon refrigerants inside horizontal copper tubes. A comprehensive literature survey has revealed that the correlations for the convective boiling heat transfer coefficient can be divided into three main categories: (1) strictly convective; (2) superposition of effects; (3) strictly empirical. As a general rule these correlations are not fitted for generalizations. An experimental set up has been developed and constructed in order to raise data involving a relatively wide range of operational conditions. These data have been used to investigate effects of such parameters as heat flux, mass velocity, quality and evaporating temperature. In addition gathered data have been used in the development of a correlation for the heat transfer coefficient under convective boiling conditions typical of refrigeration applications. The model has been developed in terms of the main intervening non dimensional groups. The proposed equation correlated very well not only experimental data from present investigation but data obtained else where.

Durante um acidente em uma usina nuclear, a integridade do vaso pressurizado deve ser assegurada. Em resposta a um possível derretimento do combustível nuclear, a atual geração de usinas possui um sistema para a injeção de água potável na cavidade do vaso pressurizado com intuito de resfriar sua parede, prevenindo danos a sua estrutura e evitando o vazamento de material radioativo. Esse estudo considerou o uso de água marinha como refrigerante para inundar a cavidade do vaso pressurizado combinado com a fixação de um estrutura porosa em forma de grade em sua parede externa como meio de aprimorar a margem de segurança durante a contenção de acidentes. Experimentos de longa duração para a ebulição em piscina de água marinha artificial foram conduzidos em uma superfície circular de cobre plana com 30 mm de diâmetro. Foi encontrado um fluxo de calor crítico de 1; 6 MW/m2 sob pressão atmosférica. Esse valor é significantemente maior que aquele obtido (1; 0 MW/m2) nas mesmas condições experimentais. Foi verificado que os depósitos de sais marinhos podem aumentar a molhabilidade e a capilaridade da superfície de teste, aprimorando assim o fluxo crítico. Combinando a água marinha e a fixação da estrutura porosa sobre a superfície de teste, verificou-se um melhora no coeficiente de transmissão de calor e no fluxo de calor crítico de até 110 % (2; 1 MW/m2), quando comparado a água destilada na superfície limpa, sem a instalação da estrutura. Após os experimentos, foi identificado que muitos dos poros presentes nas superfícies da estrutura porosa encontravam-se bloqueados devido ao aglutinamento de sais marinhos. Isso levou a conclusão que o aumento no valor do fluxo crítico observado para a água marinha artificial ocorreu devido, principalmente, a separação das fases líquida e gasosa do fluido na região próxima a superfície de teste, efeito proporcionado pela forma de grade da estrutura porosa, e ao aumento da molhabilidade e capilaridade da superfície devido a formação dos depósitos marinhos. / During a severe nuclear power plant accident, the integrity of the reactor pressure vessel must be assured. In response to a possible fuel meltdown, operators of the current generation of nuclear power plants are likely to inject water into the reactor pressure vessel to cool down the reactor vessel wall, preserving its integrity and avoiding leakage of radioactive material. This study considers the use of seawater to flood a reactor pressure vessel combined with the attachment of a honeycomb porous plate (HPP) on the vessel outer wall as a way to improve the safety margins for in-vessel retention of fuel. In long-duration experiments, saturated pool boiling of artificial seawater was performed with an upward-facing plain copper heated surface 30 mm in diameter. The resulting value for critical heat flux (CHF) was 1; 6 MW/m2 at atmospheric pressure, a value significantly higher than the CHF obtained when the working fluid was distilled water (1; 0 MW/m2). It was verified that sea-salt deposits could greatly improve surface wettability and capillarity, enhancing the CHF. The combination of artificial seawater and an HPP attached to the heated surface improved the boiling heat transfer coefficient and increased the CHF up to 110% (2; 1 MW/m2) as compared to distilled water on a bare surface. After the artificial seawater experiments, most of the wall micropores of the HPP were clogged because of sea-salt aggregation on the HPP top and bottom surfaces. Thus, the CHF enhancement observed in this case was attributed mainly to the separation of liquid and vapor phases provided by the HPP channel structure and improvement of surface wettability and capillarity by sea-salt deposition.

Tese (doutorado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2018. / Este trabalho apresenta pesquisa pioneira voltada para a redução de consumo energético em edificações utilizando materiais provenientes da flora e fauna brasileira, os bioPCMs. Nos capítulos iniciais, características identificadas como essenciais a um material de mudança de fase são confrontadas contra aquelas encontradas em ácidos graxos e derivados, permitindo o entendimento do potencial destes como alternativa aos materiais tradicionais. Observou-se, nesse momento, que bioPCMs são capazes de atuar de forma semelhante a materiais de mudança de fase tradicionais, porém reduzindo consideravelmente a pegada carbônica associada à sua produção. Há, porém, uma carência local de metodologias e aparatos capazes de identificar possíveis bioPCMs, ponto diretamente abordado pela pesquisa. Desenvolveu-se, assim, uma rede de procedimentos que se inicia pela caracterização do material, que por sua vez é submetido a uma análise de transferência de calor e, finalmente, a uma simulação de operação em condições de uso. A análise das propriedades termo-físicas foi realizada para cinco candidatos, segundo procedimento conhecido como T-history. Os resultados foram satisfatórios, permitindo que parâmetros como calor latente de fusão, calor específico, temperatura de mudança de fase, temperatura de sub-resfriamento e condutividade fossem caracterizados. Identificou-se, ali, o óleo de coco como o material com maior potencial para as aplicações pretendidas. Para o estudo de transferência de calor, optou-se por analisar um caso baseado no problema clássico de Stefan, onde o material é armazenado em um reservatório retangular. Desenvolvidos a partir de técnicas utilizadas por outros autores, como Viskanta, Campbell e Kamkari, a metodologia e aparato experimental apresentados permitiram a observação e caracterização do fronte de fusão e solidificação do material de mudança de fase.Finalmente, o óleo de coco foi inserido em um sistema de carregamento e descarregamento energético que simula condição de operação similar ao encontrado em aplicações de resfriamento noturno em locais de clima tropical de savana. Ao final do processo, observou-se que, apesar de cada estágio anterior ser capaz de cumprir seu propósito individual, seja ele de caracterização do material ou do processo de transferência de calor, apenas ao combinar os resultados que a compreensão plena da aplicabilidade do elemento estudado foi obtida. Por exemplo, normalmente estudos de caracterização limitam-se a definir dados como temperatura de fusão ou calor latente de mudança de fase. Apesar de importante, observou-se que esses dados poderiam levar a problemas de dimensionamento de um sistema contendo ácidos graxos, por desconsiderar o impacto que o sub-resfriamento teria na capacidade e velocidade de armazenamento energético. / In the current thesis, a research on the identification and characterization of phase change materials (PCMs) produced from renewable sources, the bioPCMs, is introduced. The document dedicates its initial chapters to the bibliographic review on the study of PCMs used for building thermal demand control. The characteristics identified as essential to a PCM are compared against those found in fatty acids and derivatives, allowing an understanding of their potential as an alternative to traditional materials. It was observed that bioPCMs are able to act similarly to paraffins. Additionally, bioPCMs can be extracted from pre-existing production chains, as a by-product or as waste, greatly reducing the environmental impact of their adoption. There is, however, a local lack of methodologies and devices capable of identifying possible bioPCMs, a point directly addressed by the research. A chain of procedures was developed that begins with the characterization of the material, which in turn is subjected to a heat transfer analysis and, finally, to a practical simulation of operational conditions. The analysis of the thermo-physical properties was performed for seven candidates, according to a procedure known as T-history. The results were satisfactory, allowing parameters such as enthalpy of fusion, specific heat, melting temperature, sub-cooling temperature and conductivity to be characterized. For the study of heat transfer, a classical Stefan problem, where the material is stored in a rectangular container,was chosen. Based on techniques used by other authors such as Viskanta, Campbell and Kamkari, the developed methodology and experimental apparatus allowed the characterization of the melting and solidification fronts of a non-renewale PCM,the n-eicosane, used as reference, and a bioPCM, the coconut oil. The oil was then inserted into an energy loading and unloading system that simulates night cooling operating conditions.At the end of the process it was observed that, although each stage was able to fulfill its individual purpose, be it characterization of the material or of the heat transfer process, only by combining the results that the full understanding of the material applicability was obtained. For example, typically, characterization studies are limited to defining data such as melting temperature or enthalpy of fusion. Although important, it was observed that these data alone could lead to energy system design issues such as disregarding the impact that sub-cooling would have on the energy storage capacity and response time.

O foco deste trabalho é o desenvolvimento de um modelo físico representativo de um absorvedor de filme líquido descendente para um ciclo de refrigeração por absorção amônia-água, considerando uma capacidade de refrigeração de 5TR. O absorvedor é constituído basicamente de feixes de tubos dispostos horizontalmente, no interior dos quais escoa água com a finalidade de retirar o calor liberado ao longo do processo de absorção. Desenvolveu-se o modelo com base na obtenção e resolução dos balanços de energia e de massa. Isso com o auxílio de correlações e analogias que possibilitaram a obtenção dos coeficientes de transferência de calor e massa. Levou-se em conta a variação das propriedades tanto do líquido como do vapor ao longo do absorvedor, assim como a resistência existente nessas duas fases. Obtiveram-se os perfis de frações e vazões mássicas, temperatura, coeficientes de transferência e taxas de transferência de amônia. Avaliou-se a influência de parâmetros importantes em se tratando de absorvedores de filme líquido descendente, tais como número de Reynolds, temperatura do fluido de resfriamento e temperatura de entrada da solução. Estes perfis possibilitaram a análise de alguns aspectos relevantes no que diz respeito ao projeto do absorvedor, considerando-se algumas condições operacionais e geométricas previamente estabelecidas. Por fim, foi possível, através da obtenção do comprimento do equipamento para as diversas condições de simulação adotadas, calcular a área de troca de calor necessária para o processo absortivo. / The goal of this work is to develop a representative physical modeling of a falling film absorber for an ammonia-water absorption refrigeration cycle, rated at cooling 5 TR. The absorber is composed of a bundle of tubes arranged horizontally. The water flows inside these tubes in order to remove the heat released during the absorption process. The model was developed based on solving the conservation equations of energy and mass. Practical correlations and the heat and mass transfer analogy were used to find the convective coefficients. It was considered the changes of the properties of liquid and vapor along the absorber and also it was taken into account the thermal resistances in each phase. It was found the profiles of mass fractions and mass flow rates, temperature, transfer coefficients and transfer rates of ammonia. It was evaluated the influence of important parameters such as the Reynolds number, cooling temperature and inlet temperature of the solution. These profiles allowed the analysis of some relevant aspects regarding the design of the absorber, considering operational and dimensional conditions preestablished. Finally, it was possible to calculate the area and other geometrical aspects to achieve the absorptive process, by analyzing the operation of the equipment at various conditions.

O presente trabalho tem como objetivo comparar um modelo de formação de cavacos obtido pelo Método dos Elementos Finitos (MEF) com resultados experimentais obtidos em processos de fresamento ortogonal. A comparação se concentra na distribuição de temperatura na peça. O trabalho desenvolve um modelo para a formação de cavacos com a distribuição de temperatura na região de corte usando o software ABAQUS. Inicialmente, o modelo desenvolvido utiliza o Método Explícito de solução para a formação de cavacos durante uma interação da aresta da fresa de topo com a peça. Para a simulação da operação completa de fresamento ortogonal de uma peça com a extensão de 80 mm e espessura de 5 mm em aço AISI 4340 endurecido, o método implícito é utilizado. O material da peça é modelado como isotrópico-elasto-plástico segundo a proposta de Johnson-Cook. A comparação é realizada com velocidades de corte de 80, 100 e 150 m/mim e avanço por dente de 0,17 mm/rev para que as influências da velocidade na temperatura possam ser avaliadas. A partir da comparação desses resultados, é possível analisar a eficiência do modelo desenvolvido pelo MEF para simulação de processos de Usinagem em Altas Velocidades de Corte (HSC - High Speed Cutting). / The goal of this study is to compare a model of chip formation obtained by the Finite Element Method (FEM) with experimental results in orthogonal milling process. The comparison focuses on the temperature distribution in the workpiece. The present work develops a model for chip formation with the temperature distribution in the cutting zone using the software ABAQUS. The model starts using the explicit method of solution for the chip formation during one interaction between the insert and the workpiece. To simulate a complete operation of orthogonal milling on a workpiece 80 mm long and 5 mm thick made of AISI 4340 hardened steel, it was used the implicit method. The workpiece material is modeled as an isotropic-elastic-plastic according to the Johnson-Cook proposal. The comparison is made using cutting speeds of 80, 100 and 150 m/min and feed rate of 0.17 mm/rev to check the in uences of cutting speed on the temperature. From the comparison of these results, it is possible to assess the eciency of the model developed by FEM simulation when machining using High Speed Cutting (HSC) conditions.

Sistemas pneumáticos de irradiação são instalações utilizadas em reatores nucleares de pesquisa. Sua função principal é de prover um meio rápido de envio de materiais para irradiação em posições localizadas nas proximidades do núcleo do reator. Durante sua utilização, cápsulas contendo os materiais de estudo são enviadas por meio de tubulações utilizando um fluido propulsor gasoso. Ao chegar à posição desejada, a cápsula sofre a exposição à radiação proveniente do reator possibilitando as transformações do material alocado em seu interior, porém como consequência da exposição também ocorre seu aquecimento térmico. Este trabalho estudou de forma numérica, utilizando a dinâmica dos fluidos computacional (CFD) e experimental, por meio de uma bancada de ensaios, o escoamento e transferência de calor durante o processo de irradiação. Os resultados encontrados demonstraram um aquecimento significativo para tempos de irradiação na ordem de 1 minuto considerando uma taxa de geração de calor constante, provocando a elevação da temperatura da cápsula a valores críticos para materiais de fabricação das cápsulas comumente utilizados como o polietileno de alta densidade (PEAD). Além disso, foram levantados os campos de velocidade, pressão e temperatura para o fluido propulsor e água de resfriamento no interior do tubo de irradiação que abriga a cápsula durante sua irradiação e avaliadas as respostas para diferentes modelos de turbulência nas simulações numéricas. Em função dos resultados obtidos concluiu-se que o estudo desenvolvido possibilitou exemplificar o processo de aquecimento das cápsulas e fornecer informações sobre as características do escoamento no interior do tubo de irradiação que abriga as cápsulas durante o processo de exposição. A utilização de diferentes modelos de turbulência nas simulações gerou resultados similares para o caso de estudo, porém pequenas variações em regiões de escoamento próximo à parede e em zonas de recirculação foram encontradas. / Pneumatic irradiation system facilities are used in nuclear research reactors. Its main function is to provide a fast means of sending materials to irradiation positions located near the reactor core. Capsules containing the sample materials are sent through pipes using a gaseous fluid propellant. Upon reaching the desired position, the capsule undergoes exposure to radiation from the reactor enabling the transformation of the material allocated inside, but as a consequence of exposure, its thermal heating also occurs. This study investigated numerically, using computational fluid dynamics (CFD), and experimentally the flow and heat transfer during the irradiation process. The results showed a significant heating for irradiation times on the order of 1 minute, considering a constant heat generation rate, thus causing increase in the capsule temperature up to critical values, for the materials that are commonly used for their manufacture. In particular, this is the case of the high density polyethylene (HDPE). Furthermore, the velocity, pressure and temperature fields were obtained for the propellant fluid and cooling water inside the irradiation tube house during its irradiation and the response of different turbulence modeling in the numerical simulations were analyzed. Based on the results obtained, it was possible to conclude that the developed study exemplified the heating process of the capsules and provided information about the characteristics of the flow inside the irradiation tube that houses the capsules during the exposure process. The use of different turbulence models in the simulations generated similar results for the study, however small variations in regions of flow near to the wall and inside recirculation zones were found.

Este trabalho constitui o estudo experimental de um componente importante de um ciclo de refrigeração por absorção de amônia-água - o destilador. O destilador neste ciclo, é o encarregado de produzir vapor de amônia de elevada pureza a partir de uma solução líquida concentrada de amônia-água. É proposto aqui um destilador de filme descendente composto somente por dois elementos: o gerador e o retificador. O gerador é constituído por um banco de tubos horizontais que no seu interior passa óleo térmico sintético aquecido. A solução de amônia-água concentrada escoa externamente aos tubos por filme descendente e, mediante seu aquecimento, é produzido vapor de amônia úmida. O retificador, também constituído por tubos horizontais, resfria e condensa parte desse vapor úmido, produzindo assim vapor de amônia destilada de elevada pureza. O objetivo deste trabalho foi analisar experimentalmente a influência de diferentes parâmetros no funcionamento do destilador no que diz respeito à concentração e à vazão mássica de destilado de amônia produzido. Para isso, foi construído um arranjo experimental que permite variar temperatura, vazão e concentração da solução amônia-água, bem como, a temperatura do óleo térmico no gerador e da água de resfriamento no retificador. O aparelho pode trabalhar com pressão interna até 20 bar e temperatura até 150 °C. Os resultados mostraram que a concentração de amônia destilada aumenta quando incrementada a vazão mássica da solução concentrada e quando a temperatura do retificador, do gerador e da solução concentrada diminui. Porém, exceto na diminuição da temperatura do retificador, sempre quando o grau de pureza do destilado de amônia aumentava, sua vazão mássica diminuía. Foram realizados ensaios com duas concentrações de solução concentrada que são: 37 e 49 %. A pureza do destilado de amônia aumenta quanto maior for essa concentração, chegando até 99,74 %. Foram também analisados o sistema de distribuição de líquido nos tubos, o padrão de escoamento entre os tubos, bem como, avaliou-se o número de Nusselt médio para o filme descendente da mistura amônia-água. / This work presents the experimental study of an important component of an ammonia-water absorption refrigeration cycle - the distiller. The distiller is responsible for producing high purity ammonia vapor from a concentrated ammonia-water liquid solution. It is analyzed here a falling film distiller composed solely of two elements: the generator and the rectifier. The generator consists of a horizontal tube bundle which internally hot thermal synthetic oil passes through. The ammonia-water concentrated solution flows externally on the tubes making a falling film resulting in a wet ammonia vapor. The rectifier, which is also a horizontal tube bundle, cools down the wet ammonia vapor and condenses part of water content, thus producing high purity distilled ammonia vapor. The aim of this work is to analyze the influence of different parameters on the operation of the distiller, respecting the concentration and the mass flow rate of distillate ammonia produced. For that, an experimental setup that allows to vary the temperature, the mass flow rate and the concentration of the ammonia-water solution, as well as, the thermal oil temperature in the generator and the cooling water temperature in the rectifier was built. This experimental setup can work at internal pressures up to 20 bar and temperature up to 150 °C. The results showed that the distilled ammonia concentration enhances when increased the concentrated solution mass flow rate, and when the temperature of the rectifier, generator and the concentrated solution decreased. However, except in the reduction of the rectifier temperature, whenever the purity of distilled ammonia increased, its mass flow rate decreased. There were performed tests with two concentrations of the concentrated solution: 37 and 49 %. The ammonia distilled purity increases for the higher concentration, reaching up to 99.74 %. There were also analyzed the liquid distribution system on the pipes, the intertube flow mode, furthermore, the average Nusselt number for the ammonia-water falling film mixture.